Насосы и насосные станции Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 270800 «Строительство», профиль «Водоснабжение и водоотведение» (стр. 2 )

Рисунок 2.1 – Схема движения жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

Треугольники скоростей могут быть построены независимо от рабочего колеса, но при этом необходимо соблюдать следующую условность: за направление радиуса принимается вертикаль, за направление окружной скорости – горизонталь (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса

Теоретический напор насоса зависит от кинематических параметров и может быть определен по уравнению Эйлера (основному уравнению лопастного насоса):

(2.1)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – изучить зависимость основных параметров насоса от его размеров и кинематических показателей движения жидкости через рабочие органы насоса.

ОБОРУДОВАНИЕ: рабочие колеса центробежных насосов различных типов, штангенциркуль, транспортир.

Порядок выполнения работы

1. Выполнить эскиз рабочего колеса.

2. Определить размеры рабочего колеса. Измерить:

диаметры на входе и на выходе D1, D2; ширину канала на выходе b2; толщину лопасти на выходе S; число лопастей Z; углы между относительной  скоростью и продолжением окружной скорости на  входе и на выходе в1, в2.

Результаты измерений занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Таблица измерений

D1, мм	D2, мм	b2, мм	S, мм	Z	в1,  o	в2,  o

3. Вычислить окружную скорость на входе и на выходе из рабочего колеса по формуле:

,

(2.2)

где        D – диаметр окружности, на которой определяется скорость;

n – частота вращения рабочего колеса, об/мин (задается преподавателем).

4. Построить треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса (в масштабе). Углы между абсолютными и окружными скоростями на входе и на выходе б1, б2 задаются преподавателем.

5. Определить величины относительных и абсолютных скоростей  на входе и на выходе измерением и по формулам:

	(2.3)
	(2.4)

Результаты занести в таблицу  2.2.

Таблица 2.2 – Результаты вычислений

Скорости	U, м/с	W, м/с	V, м/с
На входе
На выходе

6. Вычислить теоретический напор по уравнению Эйлера (2.1).

7. Определить теоретическую подачу по формуле:

Qт = F2 · Vr 2,

(2.5)

где Vr 2 – радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе, определяемая по формуле:

Vr 2 = V 2 ·sinб2,

(2.6)

F2 – площадь живого сечения потока на выходе, которая определяется по формуле:

F2 = р · D2· b2·ш,

(2.7)

Стеснение потока учитывается коэффициентом:

(2.8)

Контрольные вопросы

Перечислить виды движения, в которых участвуют частицы жидкости при движении через рабочее колесо центробежного насоса. Дать определение напору насоса. Записать формулу для определения теоретического напора. Перечислить способы увеличения теоретического напора насоса. Начертить треугольник скоростей для условия радиального входа. Перечислить виды лопастей центробежных насосов. Записать формулу для определения теоретической подачи. Объяснить, почему в практике насосостроения чаще всего используются рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад.

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НАСОСОВ ТРЕНИЯ

Вихревые насосы

К  основным узлам вихревого насоса относятся рабочее колесо, корпус с крышкой, всасывающий и напорный патрубки, вал, уплотнения, подшипники (рисунок 3.1). Рабочее колесо закрытого типа представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость, в которую входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

Рисунок 3.1 – Конструкция вихревого насоса типа ВКС

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – набивка сальника;
5 – втулка сальника; 6 и 8 – крышка подшипника; 7 – кронштейн насоса;
9 – вал; 10 – подшипник; 11 – кольцо сальника; 12 – прокладка регулировочная;  13 – напорный колпак; 14 – воздухоотвод

Каждая частица жидкой среды, попадая во вращающееся рабочее колесо вихревого насоса, получает приращение энергии и выбрасывается в кольцевой канал, откуда снова попадает в пазы рабочего колеса за счет разности давлений, где дополнительно получает приращение энергии. Благодаря этому напор вихревых насосов в 2–4 раза выше, чем у центробежных, при одинаковом диаметре рабочего колеса. При этом вихревые насосы имеют меньшие габариты и массу по сравнению с центробежными насосами, развивающими такие же напор и подачу.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающего трубопровода насоса перед пуском.

К недостаткам вихревого насоса относятся сравнительно невысокий КПД (25–45%) и быстрый износ деталей при подаче жидкости, содержащей абразивные примеси.

Промышленностью выпускаются вихревые насосы типов ВК (вихревой консольный), ВКС (вихревой консольный самовсасывающий), ВКО (вихревой консольный с обогревом, для перекачивания загустевающих жидкостей, например, мазута), ЦВК (центробежно-вихревой консольный).

Особенности характеристик вихревых насосов видны из рисунка 3.2, на котором представлены рабочие характеристики насоса марки ВК 2/26. Так как мощность обратно пропорциональна подаче насоса, то более экономично регулировать работу вихревого насоса перепуском жидкости из напорного трубопровода во всасывающий (байпасированием).

В системах водоснабжения и водоотведения вихревые насосы могут быть использованы в качестве основного оборудования насосных станций, в качестве дренажных насосов для откачки воды из заглубленных насосных станций, в системе технического водоснабжения.

Рисунок 3.2 – Характеристика насосов  ВК 2/26; ВКС 2/26; ВКО 2/26

при частоте вращения 1450 об./мин на воде плотностью 1000 кг/м3

Струйные насосы

Струйные насосы действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости. Передача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно, без промежуточных механизмов.

Рабочая жидкость под давлением подается в сопло (суживающийся насадок) и оттуда в смесительную камеру (рисунок 3.3, а). Сумма удельной потенциальной и кинетической энергии потока во всех сечениях постоянна. В сопле за счет сужения поперечного сечения жидкость приобретает большую скорость, кинетическая энергия при этом увеличивается, потенциальная – уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скорости становится меньше атмосферного, т. е. во всасывающей камере возникает вакуум. Под действием разности давлений вода из приемного резервуара по всасывающей трубе поступает в подводящую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потоков рабочей и всасываемой жидкостей. Рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившей из резервуара. Далее поток поступает в диффузор, в котором его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается.

Струйные насосы могут работать на воде (в этом случае их называют гидроэлеваторами), на газе или воздухе (эжекторы), на паре (инжекторы).

Струйные насосы используются для заливки центробежных насосов перед запуском, для подъема воды из скважин, для повышения высоты всасывания насосов; для удаления осадка из приемного отделения берегового колодца (рисунок 3.3, б); выгрузки и загрузки фильтрующего слоя в фильтрах. На канализационных очистных сооружениях струйные насосы применяют для удаления песка из песколовок (рисунок 3.3, б) и перемешивания осадка в метантенках (инжекторы).

Достоинствами струйных насосов являются простота конструкции, отсутствие движущихся частей, что обеспечивает надежность, простоту эксплуатации. К недостаткам можно отнести низкий КПД (15–25%), необходимость подачи к соплу относительно больших расходов жидкости под высоким давлением.